Lai risinātu jautājumu “Vai niķeļa rūsa?”Visaptveroši, Vispirms mēs noskaidrojam kritisko atšķirību: Rūsa ir parasts termins dzelzs oksīdam (Fe₂o₃ vai fe₃o₄), sarkanbrūns korozijas produkts, kas ekskluzīvs dzelzs un dzelzs saturošiem sakausējumiem.
Niķelis, pārejas metāls, kurā tā tīrā formā nav dzelzs, nevar veidot rūsu.
Tomēr, niķelis var korozēt - attīstīt plānu, aizsargājoši oksīda slāņi vai, skarbā vidē, Vairāk kaitējošu savienojumu, piemēram, niķeļa hidroksīdi vai sulfīdi.
1. Rūsa pret. Korozija: Kāpēc niķelis nevar sarūsēt
Lai atrisinātu galveno jautājumu, mums vispirms jādefinē galvenie termini:
- Rūsēt: Hidratēts dzelzs oksīds (Piem., Feo(Ak,)Nh₂o) veidojas, kad dzelzs reaģē ar skābekli un mitrumu.
Tas ir porains, pārslains, un nepiedāvā aizsardzību pret turpmāku koroziju - tas ir iemesls, kāpēc mitrā vidē ātri pārklātas tērauda rūsas ātri rūsas. - Korozija: Jebkura metāla elektroķīmiskā sadalīšanās, kas saistīta ar reakciju ar tā apkārtni.
Par nederīgiem metāliem, piemēram, niķelim, Korozija rada oksīdus, hidroksīdi, vai sāļi, kas var būt aizsargājoši (pasīvs) vai iznīcinošs.
Tīrs niķelis (Ir ≥ 99.0%) Satur dzelzi, Tātad tas nevar veidot dzelzs oksīdu (rūsēt). Tā vietā,
Niķeļa korozijas produkti galvenokārt ir niķeļa oksīds (Nio), niķeļa hidroksīds (Iekšā(Ak,)₂), vai niķeļa karbonāts (Nico₃)—Concients, kas uzvedas ļoti atšķirīgi no rūsas.
2. Niķeļa izturība pret koroziju: Pasīvā oksīda slānis
Niķeļa reputācija par korozijas pretestību izriet no tā spējas veidot a mazs, pielipējs pasīvais oksīda slānis Uz tā virsmas - elektroķīmiskā barjera, kas bloķē turpmāku reakciju ar vidi.
Lūk, kā darbojas šis process:
Pasīvā slāņa veidošanās
Kad pakļauts skābeklim (gaisa, laistīt, vai oksidējoša vide), niķelim notiek ātra reakcija: 2In + O2 → 2nio
Šis nio slānis ir tikai 2–5 nanometri (nm) biezs (1 nm = 10⁻⁹ metri)—Izinoties ar neapbruņotu aci, bet blīvi iesaiņota un ķīmiski stabila.
Atšķirībā no porainas rūsas, NiO slānis cieši pielīp pie niķeļa virsmas, neļaujot skābeklim un mitrumam sasniegt pamatā esošo metālu.
Ūdens vidē (Piem., laistīt, jūras ūdens), slānis attīstās, lai iekļautu niķeļa hidroksīds (Iekšā(Ak,)₂) un, gāzētā vidē, niķeļa karbonāts (Nico₃)—Bots pastiprina pasīvo barjeru.
Pasīvā slāņa stabilitāte
NiO slānis paliek stabils visos apstākļos:
- pH diapazons: Efektīva neitrālā stāvoklī (PH 6–8) un nedaudz sārmains (PH 8–12) vide.
Vieglās skābēs (Piem., 5% etiķskābe), slānis lēnām izšķīst, bet spēcīgās skābēs (Piem., 37% sālsskābe), tas pilnībā sadalās. - Temperatūra: Stabils līdz ~ 600 ° C gaisā. Virs šī, Nio sabiezē un kļūst porains, Samazinot tās aizsargājošo spēju (Piem., 800 ° C, niķelis korodē ~ 0,1 mm gadā gaisā, vs. <0.001 mm/gadā istabas temperatūrā).
- Skābekļa pieejamība: Nepieciešams minimāls skābeklis, lai uzturētu pat stagnējošā ūdenī, slānis saglabājas, Padarot niķeli, kas piemērots iegremdētām lietojumprogrammām (Piem., jūras komponenti).
Tīra niķeļa korozijas ātrums
| Vide | Korozijas ātrums | Piezīmes |
| Pilsētas atmosfēra | <0.001 mm/gadā | Nenozīmīgs, >50-Gada kalpošanas laiks |
| Jūras ūdens (35,000 ppm cl⁻) | 0.005–0,01 mm gadā | Daudz zemāks nekā oglekļa tērauds (0.5–1 mm gadā) |
| Neitrāls saldūdens | <0.005 mm/gadā | Piemērots ūdens apstrādes aprīkojumam |
3. Faktori, kas samazina niķeļa izturību pret koroziju
Lai gan niķelis ir ļoti izturīgs pret koroziju tā pasīvā oksīda slāņa dēļ, Vairāki ar vidi un materiāli saistīti faktori var apdraudēt šo aizsardzību.
Izpratne par šiem faktoriem ir būtiska, lai prognozētu niķeļa veiktspēju un novērstu lokalizētu vai paātrinātu koroziju.
Hlorīda un halogenīdu joni: Pits un plaisu korozija
Hlorīda joni (Cl⁻)—Found Seawater, ceļa sāls, un rūpniecības sālījumi - ir lielākais niķeļa ienaidnieks.
Viņi iekļūst pasīvajā NiO slānī vāji punktos (Piem., skrambas, graudu robežas) un iniciēt korozija: niecīgs, lokalizēja caurumus, kas laika gaitā aug.
- Mehānisms: Hlorīdi reaģē ar niķeli, veidojot šķīstošu niķeļa hlorīdu (Nicl₂), kas izšķīst oksīda slāni lokāli.
Pēc tam atklātais niķelis ātri korodē, veidojot bedres tik mazas kā 10 μm diametrs. - Riska faktori: Augsta hlorīda koncentrācija (>1,000 PPM), augsta temperatūra (>50° C), un stāvošie apstākļi (Piem., plaisas starp pieskrūvētām niķeļa detaļām).
- Dati: Jūras ūdenī (35,000 ppm cl⁻) 60 ° C, Pure niķeļa korozijas ātrums pieaug līdz 0,05–0,1 mm gadā (5–10 × augstāks nekā istabas temperatūrā) Sakarā ar bedri.
Piemaisījumi niķelē: Pasīvā slāņa vājināšana
Komerciālais niķelis (Piem., ASTM B162 pakāpe 200, 99.0-99,5% plkst) satur pēdas piemaisījumus, piemēram, dzelzs (Fe), sērs (S), un ogleklis (C)—Visam samazina izturību pret koroziju:
- Dzelzs (Fe): Vienāds 0.5% Fe rada mikrogalvanic šūnas (Dzelzs darbojas kā anods, niķelis kā katods), Korozijas paātrināšana mitrā vidē.
Piemēram, niķelis ar 1% Fe ir jūras ūdens korozijas ātrums 0.02 mm/gadā (dubultot 99.99% tīrs niķelis). - Sērs (S): Veido niķeļa sulfīds (NIS) sulfidiskā vidē (Piem., naftas un gāzes akas ar h₂s), kas ir trausls un nosliece uz plaisāšanu.
- Ogleklis (C): Pie >0.1% C, Veido niķeļa karbīdu (Ni₃c), kas traucē pasīvo slāni un palielina risku.
Ultra-augstas tīrības niķelis (99.99% Iekšā) Izvairās no šiem jautājumiem, Padarot to par ideālu kritiskām lietojumprogrammām, piemēram, pusvadītāju ražošanai.
Spēcīgas skābes un samazinoša vide
Pasīvais NiO slānis izšķīst spēcīgi reducējošās skābēs (Piem., sālsskābe, Hcl) vai neoksidējošas skābes (Piem., sērskābe, H₂so₄ > 20% koncentrācija). Piemēram:
- Iekšā 37% Hcl (istabas temperatūra), Tīrs niķelis korodē 1–2 mm gadā (ātra degradācija, Nav pasīva slāņa).
- Oksidējošās skābēs (Piem., slāpekļskābe, Hno₃), slānis ir pastiprināts (slāpekļskābe darbojas kā oksidētājs), Tātad niķelis pretojas korozijai (ātrums <0.01 mm/gadā 65% Hno₃).
4. Niķeļa sakausējumi: Korozijas pretestības uzlabošana
| Sakausējums | Sastāvs (Galvenie elementi) | Korozijas pretestības priekšrocība | Korozijas ātrums jūras ūdenī (mm/gadā) | Tipiskas lietojumprogrammas |
| Tīrs niķelis (99.99%) | Ir ≥ 99.99% | Lieliska izturība pret vispārējo atmosfēru un saldūdeni | 0.005–0,01 | Elektronika, termopāri, ķīmiskie trauki |
| Monel 400 | 65% Iekšā, 34% Cu, 1% Fe | Augstāka pretestība jūras ūdens un samazinošās skābes (H₂so₄ <30%) | 0.002–0,005 | Jūras vārsti, propellera vārpstas, siltummaiņi |
| Neiebilstība 625 | 59% Iekšā, 21.5% Krekls, 9% Noplūde | Ārkārtas izturība pret hlorīdi, plaisa un korozija, stabils līdz 650 ° C | <0.001 | Naftas platformas jūrā, ķīmiskie reaktori, zemūdens cauruļvadi |
| 304 Nerūsējošais tērauds | 18% Krekls, 8% Iekšā, 74% Fe | Laba izturība pret koroziju vieglā vidē; Piedalība uz hlorīdu bagātu vidi | 0.01–0,02 | Virtuves ierīces, arhitektūras apdare |
| 316 Nerūsējošais tērauds | 16–18% cr, 10-14% ir, 2–3% Mo, Balance Fe | Uzlabota hlorīda izturība vs. 304 Mo dēļ; Piemērots jūras un ķīmiskajai videi | 0.005–0,01 | Jūras aprīkojums, ķīmiskās tvertnes, piekrastes arhitektūra |
5. Bieži sastopami nepareizie priekšstati: “Rūsa” uz niķeļa vai niķeļa pārklājuma priekšmetiem
Cilvēki bieži maldina niķeļa koroziju par rūsu - šeit ir tas, kas patiesībā notiek:
Nepareizs priekšstats 1: "Mans niķelētais tērauds sarūsējis."
Fakts: Rūsa nāk no tērauda parastais metāls, nevis niķeļa pārklājums.
Niķeļa pārklājums (5–50 μm biezs) aizsargā tēraudu, darbojoties kā barjerai, Bet, ja apšuvums ir saskrāpēts vai valkāts, Tērauds ir pakļauts skābeklim un mitrumam, veidojot rūsu.
Lai to novērstu, Niķeļa pārklāts tērauds bieži tiek pārklāts ar dzidru laku vai izmanto vidē ar zemu mitrumu.
Nepareizs priekšstats 2: “Niķelis kļūst brūns - nav tā rūsa?”
Fakts: Brauna krāsas maiņa ar niķeli ir aptraipīt, nevis rūsēt. Tas veidojas, kad niķelis reaģē ar sēra savienojumiem gaisā (Piem., no piesārņojuma vai dabasgāzes) Lai izveidotu niķeļa sulfīdu (NIS) vai niķeļa karbonāts (Nico₃).
Aptraipīšana ir plāna un to var noņemt ar maigu abrazīvu (Piem., soda), atšķirībā no rūsas, kas ir destruktīvs.
"Niķelis manā dušā sarūsēja."
Fakts: Dušas ūdens satur hlorīdus (no krāna ūdens apstrādes) un mitrums, Kas iemesls korozija uz niķeļa (nevis rūsēt).
Mazie caurumi vai balti plankumi, kurus redzat, ir niķeļa hidroksīds (Iekšā(Ak,)₂), nevis dzelzs oksīds. Izmantojot niķeļa-hroma sakausējumus (Piem., Neiebilstība) Dušu to novērš.
6. Niķeļa pretestības pārbaude: Nozares standarti
Nodrošināt niķeli un tā sakausējumus atbilst korozijas prasībām, Ražotāji paļaujas uz standartizētiem testiem:
Sāls smidzināšanas pārbaude (ASTM B117)
Novērtē izturību pret hlorīdu bagātu vidi. Paraugi ir pakļauti a 5% NaCl migla 35 ° C temperatūrā 100–1 000 stundas. Tīrā niķeļa kritēriji: Pēc tam nav bedres vai korozijas 500 laiks.
Elektroķīmiskās pretestības spektroskopija (EIS)
Mēra pasīvā slāņa integritāti, niķeļa virsmai pieliekot nelielu maiņstrāvas spriegumu.
Augsta pretestība (pretestība strāvas plūsmai) norāda stabilu slāni - liešanai niķelim parasti ir pretestība >10⁶ omi · cm² neitrālā ūdenī.
Svara zaudēšanas pārbaude (ASTM G1)
Mēra korozijas ātrumu, nosverot niķeļa paraugu pirms un pēc tam, kad iedarbība uz korozīvu vidi. Par tīru niķeli jūras ūdenī, Svara zaudēšanai vajadzētu būt <0.01 g/m²/dienā.
7. Niķeļa sakausējuma rūpnieciskie pielietojumi
Niķeļa nespēja rūsēt un tā spēcīgā izturība pret koroziju padara to neaizvietojamu galvenajās nozarēs:
Jūras inženierija
Monel 400 un Inconel 625 tiek izmantoti kuģu dzenskrūves, Jūras platformas komponenti, un jūras ūdens sūkņi - kur to izturība pret hlorīda bedrēm un jūras ūdens korozija nodrošina 20–30 gadu darba (vs. 5–10 gadi tēraudam).
Ķīmiskā apstrāde
Niķeļa sakausējumi apstrādā agresīvas ķīmiskas vielas, piemēram, sērskābi (Monel 400) un sālsskābe (Hastelloy C-276, niķeļa-molibdēna sakausējums).
Piemēram, Hastelloy C-276 ir korozijas ātrums <0.01 mm/gadā 20% HCl 60 ° C temperatūrā - labāks nekā tīrs niķelis.
Elektronika
Ultra-lur Nickel (99.99%) tiek izmantots pusvadītāju vafelēs un akumulatora spailēs, kur bez apvalka nesatur virsmas un izturība pret vieglām skābēm (Piem., tīrīšanas risinājumi) ir kritiski.
Arhitektūra
Niķeļa-hroma sakausējumi (Piem., Neiebilstība 600) tiek izmantoti fasāžu un pieminekļu celtniecībai - tie gadu desmitiem saglabā savu sudraba izskatu (nav rūsas, Minimāls aptraipīšana) un izturēt pilsētas piesārņojumu.
8. Secinājums: Niķelis nerūsē, Bet tas var korozēt
Niķelis Nekad nerūsēju, jo rūsa ir dzelzs oksīds un niķelim nav dzelzs. Tā dabiskais oksīda slānis aizsargā to no lielākās korozijas, turot to daudz izturīgāku nekā tērauds normālos apstākļos.
Bet niķelis var korozēt noteiktās situācijās: Ar hlorīdiem bagāts ūdens, piemaisījumi metālā, vai stipras skābes var sabojāt tā aizsargājošo slāni.
Lielājoties niķelī ar tādiem metāliem hroms, molibdēns, vai vara, inženieri izveido sakausējumus, piemēram, Neiebilstība un Monel, kas pretojas bargām ķīmiskām vielām, augsta temperatūra, un jūras ūdens.
FAQ
Vai niķeļa pārklājuma priekšmeti kādreiz var būt izturīgi pret rūsām?
Nē - Nikka pārklāšana ir barjera, Bet, ja tas ir bojāts, pamatā esošais metāls (Bieži vien tērauds) gribas sarūsēt.
“Rūsas necaurlaidīgiem” niķelētiem priekšmetiem, Izmantojiet dupleksu pārklājumu (niķelis + hroms) vai atlasiet niķeļa sakausējuma bāzes materiālu (Piem., Monel) Tērauda vietā.
Vai niķelis ir izturīgāks par koroziju nekā nerūsējošais tērauds?
Tas ir atkarīgs no nerūsējošā tērauda pakāpes. Tīrs niķelis ir izturīgāks pret jūras ūdeni nekā 304 nerūsējošais tērauds (nosliece uz bedri),
bet 316 nerūsējošais tērauds (ar molibdēnu) Saskaņo vai pārsniedz tīra niķeļa hlorīda pretestību par zemākām izmaksām.
Vai niķelis korozē sālsūdens baseinos?
Jā - Saltwater baseiniem ir 3000–5 000 ppm Cl⁻, kas var izraisīt pitingu tīrā niķelī.
Izmantojiet Inconel 625 vai 316 Nerūsējošais tērauds baseina komponentiem (Piem., kāpnes, armatūra) Lai izvairītos no korozijas.
Kā es varu notīrīt aptraipītu niķeli, to nesabojājot?
Izmantojiet maigu silta ūdens un trauku ziepju šķīdumu, vai cepamā soda un ūdens pastas (Pietiekami abrazīvs, lai noņemtu apturēšanu, Pietiekami maigs, lai nesaskrāpētu pasīvo slāni).
Izvairieties no skarbām ķīmiskām vielām, piemēram, balinātāja, kas izšķīst nio.
Ir niķelis, ko izmanto rūsas preventive pārklājumos tēraudam?
Jā - elektroles niķeļa pārklājums (formas tērps, biezs pārklājums) tiek uzklāts uz tērauda detaļām (Piem., automobiļu skrūves, hidrauliskie cilindri) Lai novērstu rūsu.
Niķeļa slānis darbojas kā barjera, un tā pasīvais oksīda slānis iztur mitrumu.
